IFAC教育问卷都问了些啥?

今天看到张佐老师转发国际自动控制联盟(IFAC)教育专委会(Control Education Committee)所做的 一个关于控制课程教学的问卷调查(相应连接见后面)。究竟什么应该包含在自动化教学课程中,应该是与学术界相关,也与工业界相关的话题。



这个调查问卷目标从全球范围内搜集数据和观点,分析之后将结果通过IFAC全球大会或者其他媒介反馈到自动控制领域。


这次问卷调查基本问题有以下三点假设:

(1)学生通过学习多门课程可以涵盖很多核心主题,但关键问题是:当一个工科本科生如果只学习一个控制相关的课程时,到底该学习哪些相关内容?因为这对很多工程培养计划是比较典型的问题。


(2)单个课程通过四十个学时(每个学时50分钟,教师主导课程)完成。课程包括主动学习元素,比如求解例题,或者使用仿真。这将花费本科一学年的六分之一。


(3)在一些控制介绍类的课程中,也包括有实验环节(硬件、软件或者都有)。我们很想知道在这类教学过程中你认为应该设置哪些初级实验内容呢?



除此之外,调查还对如果增加第二门控制教学课程时你如何增加相应的教学内容感兴趣。问卷一开始对填表人专业背景、专业角色、年龄范围和国别进行选择,用以分析上述因素是否对回复问题有影响。


当然,回答第一个问题的时候,国内自动化系的教师就会遇到一个尴尬的情况,就是所列写的专业中没有一个专门的automation专业。所以在其中只能选择一些与自己相关的专业方向。



问卷开始,首先对控制概要课程调查,问题包括以下几个问题:

(1)(多重选择)那些知识应该是先期学习内容:

  • 线性代数

  • 微积分

  • 微分方程求解

  • MATLAB相关知识


紧接着给出下面六个观点,询问对其赞同的程度:


(2) 概要课程应该关注控制的概念、原理(哲理)、动因,阐释基本原理,例如案例分析中的不确定性,不要过快简化成数学模型。


(3) 概要课程应重点在经典分析工具部分,比如Laplace变换,闭环传递函数,超前校正/滞后校正/PID设计等。


(4) 概要课程内容应设置在状态空间分析(第一原理系统建模,基于机理系统建模)框架内。


(5) 概要课程内容应该集中在时域分析,而避免频域分析。


(6) 概要课程内容应该涵盖连续线性时间系统,不要涉及数字系统。


(7) 对于概要课程的评价不应该过多包含代数推导和证明,而应该关注对基本概念的理解,然后在附加一些软件仿真和数值计算的考察。


控制专业的第一个概要课程应该多少学时?问卷调查选择范围从10到50多小时的范围。


问卷接下来对首要(第一个)控制课程内容按照几个子学科内容进行调查,包括信号处理、系统辨识与建模、系统分析、控制设计、工业应用、工具链等。每个子内容分别有包括有几个典型教学内容,调查相应的教学深度应该是多少。


信号处理中的内容:

  • 信号处理和测量影响

  • 时延和死区时间

  • 低通滤波器

  • 带通滤波器


系统辨识和建模内容:

  • 简单系统(一阶、二阶)建模

  • 带有积分响应的模型

  • Laplace变换和传递函数

  • Z-变换

  • 傅里叶变换

  • 系统框图

  • 信号流图

  • 状态空间模型

  • 模型和控制器数字化

  • 非线性模型及其线性化

  • 基于实际数据的建模


系统分析部分的内容:

  • 稳定性分析

  • 频域响应

  • 波特图

  • 奈奎斯特图

  • RHP/LHP(极点分析)

  • 根轨迹分析

  • Routh判据

  • 波特图(增益/相位裕量)

  • 奈奎斯特稳定性分析

  • 单位圆

  • 可控性

  • 可观性


控制设计部分的内容:

  • 反馈控制的基本概念,定义,硬件对象(闭环和开关对比)

  • 控制环路需求

  • 开关控制

  • PID

  • 饱和和抗饱和控制

  • 前馈

  • 超前和滞后校正

  • 最优控制

  • 基于根轨迹设计

  • 基于波特图设计

  • 基于内部模型控制设计(Lambda 调整)

  • Luenberger观测器

  • 卡尔曼滤波器

  • 状态反馈(极点配置)

  • 调节和跟踪

  • 约束处理

  • 扰动

  • 模拟系统实现

  • 数字系统实现

  • 控制性能分析

  • 测量噪声

  • 参数不确定性

  • 无模型动态系统


工业应用实现中的内容:

  • 硬件实验室

  • PLC

  • 险情控制管理

  • 工业案例分析

  • 控制器实现

  • 工业控制软件(DCS系统)


工具软件相关内容:

  • MATLAB/Simulink

  • Labview

  • 自由/开放仿真软件

  • 在线控制教育应用课程

  • Maple

  • Mathematical


问卷最后询问在上述各个子学科内容中,哪五个是在首要控制课程中按顺序必不可少的内容。


这个IFAC教育问卷内容罗列在这儿,目的是给参加全国大学生智能汽车竞赛同学们展示在自动化类专业中的核心内容,并传递出一个问题:在准备智能车竞赛的过程中,上述与控制课程相关的内容中,你究竟了解了多少?哪些可以指导你在设计智能车作品中起到作用?或者在参赛过程中的哪些经验反过来可以提高你对课程理论知识的理解呢?


十一假期期间我办公室迎来了一位参加智能车竞赛同学


为了能够充分反映中国控制教育现状,如果您对自动化教育感兴趣,就请花费几分钟登录到问卷调查网站,回答一下上面的选择问题吧,这可以帮助IFAC对中国自动控制专业情况的整体了解。或者请帮助转发一下问卷调查连接。


调查网站:http://iolab.sk/ifac/index.php


长按并点击识别其中二维码

跳转至问卷调查网页